Multifunktionale Nanokompositsensoren zur Detektion flüchtiger organischer Verbindungen

Programm

Ernst Mach Mobilitäts-Grant

Projektkoordination

Danube Private University, Ass. Prof. Dr. Juan Allegtretto

Projektbeteiligte

• Dr. Santiago Poklepovich Caride

Projektbeschreibung

Flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOC) zählen zu den bedeutendsten Schadstoffen, die eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen, und sind zugleich in verschiedenen Anwendungsfeldern relevant, darunter die organoleptische Profilierung (Aromaanalyse) sowie die Früherkennung von Erkrankungen wie Lungenkrebs. Die große Vielfalt an in diesen Bereichen vorkommenden Substanzen erfordert leistungsfähige und vielseitige Werkzeuge zu deren Detektion.

Die Kombination unterschiedlicher Nanomaterialien zur Entwicklung von Sensoren für VOC ist von großem Interesse für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Durch die Nutzung der einzigartigen Eigenschaften der einzelnen Materialien können Anwendungen entwickelt werden, die auf deren synergistischen Effekten basieren. Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) sind dabei besonders vielversprechend, da sie sich vergleichsweise einfach synthetisieren lassen und eine Reihe bemerkenswerter Eigenschaften aufweisen, darunter außergewöhnlich große spezifische Oberflächen, einstellbare Porengrößen und -formen sowie eine hohe chemische Vielseitigkeit. In Kombination mit anderen Materialien können MOFs multifunktionale Komposite mit vielfältigen Anwendungen, etwa in der Katalyse oder Sensorik, bilden. 

Eine weitere Klasse poröser Materialien sind mesoporöse Oxide (z. B. SiO₂, TiO₂), die ebenfalls vielseitige Plattformen darstellen. Sie bieten attraktive Eigenschaften wie Porengrößen im Mesobereich (2–50 nm, größer als die intrinsische Mikroporosität von MOFs), hohe spezifische Oberflächen, Stabilität und einfache Funktionalisierung.

Darüber hinaus können Goldnanopartikel (AuNPs) diesen Materialien plasmonische Eigenschaften verleihen, wodurch ihr Einsatz beispielsweise in Sensoren auf Basis der oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) ermöglicht wird. Solche Sensoren wurden bereits erfolgreich für die Detektion und Quantifizierung von VOC vorgeschlagen und demonstriert.

Ziel dieses Projekts ist es, eine komposite Sensorplattform zu entwickeln und zu charakterisieren, die die Eigenschaften von MOFs, mesoporösen Oxiden und Goldnanopartikeln kombiniert, um VOC mithilfe von SERS effizient einzufangen und nachzuweisen.